完井工藝技術(shù).doc

此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除完井工藝技術(shù)第一章 概述一、 固井工程的概念利用水泥充填套管與井壁環(huán)形空間的作業(yè)。圖1 固井注水泥作業(yè)示意圖二、 固井的目的1、加固井壁，保證繼續(xù)安全鉆進(jìn)。2、封隔油氣水層，保證勘探期間的分層試油及在整個開采過程中合理的油氣生產(chǎn)。三、 固井的起源和發(fā)展1、美國1903年在加里福尼亞勞木波斯油田使用水泥漿封堵井內(nèi)油層上部的水層，法蘭克和聯(lián)合石油公司把50袋硅酸鹽水泥混合好后，用撈沙筒送到井內(nèi)，28天以后把井內(nèi)的水泥鉆掉，再鉆完油層后完井。2、中國則在1200年前則在頓鉆打成的井中用桐油加石灰（CaO）加固環(huán)隙，用以開采天然氣。1910年可以在600900米深的井內(nèi)進(jìn)行固井。3、657年前（1937年）API（美國石油學(xué)會）標(biāo)準(zhǔn)化委員會成立。4、此后產(chǎn)生了固井專用設(shè)備水泥車，化驗設(shè)備和水泥外加劑。發(fā)展了各種條件下的固井工具和固井工藝。5、 科學(xué)化固井 固井是鉆井工作的最后一道工序，它的成功與否意義非常重大，輕則造成成本浪費，重則造成開采失敗，因此各采油國都十分重視固井工作的研究。它是一門多學(xué)科組成的應(yīng)用科學(xué)，是地質(zhì)、石油、機械、化學(xué)、流體力學(xué)和電子學(xué)科等科學(xué)水平的集中體現(xiàn)。第二章 套管設(shè)計一、 套管柱類型套管類型見圖2。正常壓力系統(tǒng)的井通常僅下三層套管：導(dǎo)管、表層套管和生產(chǎn)套管。異常壓力系統(tǒng)的井，至少多下一層技術(shù)套管。尾管則是一種不延伸到井口的套管柱。(b)(a)套管類型(a)正常壓力井；(b)異常壓力井導(dǎo)管表層套管生產(chǎn)套管油層套管技術(shù)套管尾管（一）（二）（三） 導(dǎo)管 導(dǎo)管的作用是在鉆表層井眼時將鉆井液從地表引導(dǎo)到鉆井裝置平面上來。這一層管柱其長度變化較大，在堅硬的巖層中僅用1020m，而在沼澤地區(qū)則可能上百米。（四） 表層套管 表層套管下入深度一般在30150m，通常水泥漿返至地表用來防護(hù)淺水層污染，封隔淺層流砂、礫石層及淺層氣同時用來安裝井口防噴器以便繼續(xù)鉆進(jìn)，它也是井口設(shè)備（套管頭及采油樹）的唯一支撐件，以及懸掛依次下入的各層套管（包括采油管柱）載荷。（五） 技術(shù)套管技術(shù)套管用來隔離坍塌地層及高壓水層，防止井徑擴大，減少阻卡及鍵槽的發(fā)生，以便繼續(xù)鉆進(jìn)。技術(shù)套管還用來分隔不同的壓力層系，以便建立正常的鉆井液循環(huán)。它也為井控設(shè)備的安裝、防噴，防漏及懸掛尾管提供了條件，對油層套管還具有保護(hù)作用。（六） 生產(chǎn)套管（采油或采氣套管）生產(chǎn)套管的主要作用是將儲集層中的油氣從套管中采出來，并用來保護(hù)井壁，隔開各層的流體，達(dá)到油氣井分層測試，分層采油，分層改造之目的。通常水泥返至產(chǎn)層頂部m以上。（七） 尾管尾管是一種不延伸到井口的套管柱，分為鉆井尾管和采油尾管。它的優(yōu)點是下入長度短、費用低。在深井鉆井中，尾管另一個突出的優(yōu)點是，在繼續(xù)鉆進(jìn)時可以使用異徑鉆具。在頂部的大直徑鉆具比同一直徑的鉆具具有更高的抗拉伸強度，在尾管內(nèi)的小直徑鉆具具有更高的抗內(nèi)壓力的能力。尾管的缺點是固井施工困難尾管的頂部通常要進(jìn)行抗內(nèi)壓試驗，以保證密封性。（八） 組合套管柱組合套管柱是各段套管的重量和鋼級不同，但其外徑相同。（九） 異徑套管柱異徑套管柱是從上到下各段套管的外徑不同的套管柱。二、 通用的套管、井眼尺寸通用的套管、井眼尺寸套 管，in井 眼，in3020185/816133/8113/4103/495/885/875/8765/851/2541/2362624181/2,20171/215, 171/2121/4,15121/491/2,121/481/2,105/883/8,97/877/8,83/463/4, 83/46, 77/86, 77/8三、 安全系數(shù)的確定、抗內(nèi)壓1.125根據(jù)采油作業(yè)壓力、管材進(jìn)行選擇、抗外劑1.8根據(jù)實際地層壓力確定根據(jù)上履地層壓力系數(shù)0.0235pa/m（用于巖膏層井段）確定。根據(jù)開發(fā)經(jīng)驗確定中原油田經(jīng)過26年的開發(fā)，發(fā)現(xiàn)僅用上履地層壓力設(shè)計是不夠的，對于巖膏層的易塑性變形的地層，最大外擠力達(dá)到上履壓力系數(shù)的3.5倍，因此開發(fā)了厚壁套管，即TP130TT，外徑152mm，壁厚16.9mm，與10.5/P110比較，抗外擠強度提高由104升至210kg/cm2，基本上消除了由于地層壓力原因造成的套管損壞。四、 識別套管顏色標(biāo)記（）H-40 灰色N-80 紅J-55 淺綠C-95 棕K-55 深綠P-110 白C-75 藍(lán)U-150 白L-80 紅/棕/紅五、 識別螺紋螺紋分圓螺紋、偏梯型螺紋和直連型螺紋。其中圓螺紋分有長圓螺紋和短圓螺紋，扣尖角60、錐度1:16、25.4mm有8扣（8扣/英寸）。螺紋代號：STC（CSG）短圓螺紋 LTC（LCSG）長圓螺紋 BTC（BCSG）梯型螺紋 XL（XCSG）直連型螺紋第三章 固井設(shè)備 （圖）一、 水泥車T815 AC-400型CPT-N4CPT-Y4二、 供水車三、 運灰車四、 混灰設(shè)備第四章 化驗設(shè)備（圖略）一、 稠化儀：高溫高壓稠化儀 常壓稠化儀二、 失水儀：高溫高壓失水儀三、 瓦林?jǐn)嚢杵魉摹?抗壓強度機五、 旋轉(zhuǎn)粘度儀第五章 水泥歷史上一般認(rèn)為一位英國瓦匠約瑟夫亞斯波丁（Joseph Aspdin）是硅酸鹽水泥的發(fā)明者，他在1824年發(fā)表了一份關(guān)于類似灰色巖石物質(zhì)稱為“水泥”的專利，該成分在水中能夠水化和硬化，所以稱之為水硬性材料，這是我們所知道的最早的硅酸鹽水泥。一、 分類l ASTM（美國材料試驗學(xué)會）分為：1、2、3、4、5l API（美國石油學(xué)會）（1953年公布第一份油井水泥標(biāo)準(zhǔn)）：A、B、C、D、E、F、G、H、Jl 俄羅斯：OW-1、OW-2、OW-3、OW-4、OW-5l 羅馬尼亞：S1、S2、S3l 匈牙利：Hmfpc、Fmfpcl 保加利亞：OW、OW-SRl 中國等效采用API標(biāo)準(zhǔn)1988年制定完了GBZ38-88l 由于水泥石在地下存在化學(xué)腐蝕現(xiàn)象，主要是受Na2S04物質(zhì)的腐蝕，尤其當(dāng)溫度在0-84范圍時腐蝕較為嚴(yán)重，因此水泥又細(xì)分為中抗硫酸鹽型（MSR，鋁酸三鈣3CaOAl2O38%）和高抗硫酸協(xié)型（HSR，鋁酸三鈣3CaOAl2O33%）l 另外還有其他特種水泥：火山灰水泥、火山灰石灰水泥、膠乳水泥、高寒水泥、鋁酸鈣水泥、石膏水泥、樹脂水泥或塑料水泥、柴油水泥二、 水泥的主要成分（表1、表2）水泥化學(xué)性能給出了油井用硅酸鹽水泥典型的氧化物分析。 硅酸鹽水泥典型的氧化物分析 表1（API G類或H類水泥）氧 化 物百 分 比二氧化硅氧化鈣三氧化二鐵三氧化二鋁氧化鎂三氧化硫氧化鉀燒失量（SiO2）（CaO）（Fe2O3）（Al2O3）（MgO）（SO3）（K2O）22.4364.774.104.761.141.670.080.54當(dāng)這些熟料成分與水發(fā)生水化時，將生成四種主要化合物。表2給出了它們的化學(xué)式和性能。凝固硅酸鹽水泥中的化合物化 合 物化 學(xué) 式標(biāo)準(zhǔn)代號鋁酸三鈣硅酸三鈣B-硅酸二鈣鐵鋁酸四鈣3CaOAl2O33CaOSiO22CaOSiO24CaOAl2O3Fe2O3C3AC3SC2SC4AF第六章 水泥添加劑對種類有限的各級水泥只有采取加入外加劑的方法，才能使設(shè)計與現(xiàn)制的水泥漿適應(yīng)多種條件下注水泥要求，外加劑應(yīng)用的主要目的是：調(diào)整水泥漿的稠化時間、密度、失水、流變性、增容、析水率、滲透率、線性體積變化，增加抗壓強度和保持高溫條件下強度熱穩(wěn)定性等。隨著降失水劑的應(yīng)用，各種改善水泥漿性能的添加劑在發(fā)展。目前水泥添加劑可分為以下11大類。1、 速凝劑：縮短凝固時間，加快強度發(fā)展。如CaCl2，加速C3S的水化作用。2、 緩凝劑：延長凝固時間。如木質(zhì)素黃酸鹽，吸附在硅酸鈣水化物上，影響其水化作用。3、 填充劑：降低密度、提高造漿率。如膨潤土（般土粉）和微球等等。4、 加重劑：增加水泥漿密度。如鈦鐵礦、赤鐵礦和重晶石等。5、 分散劑：降低水泥漿粘度，降低水泥漿屈服值。如磺酸鹽類。6、 降失水劑：控制水泥漿失水量，控制濾餅濾失。將純水泥漿大于1500ml/30min的失水量降低到小于50ml/30min保證固井要求。最初使用的是膨潤土，目前乳膠已成為最常用的顆粒性材料降失水劑。水泥漿失水是影響固井最嚴(yán)重的問題，因此降失水泥劑也是最重要的外加劑。（1）乳膠是降失水泥劑發(fā)展至今最好的降失水劑之一。乳膠是乳化聚合物屬于顆粒材料，粒度在200-500m之間。固井用的乳膠是聚乙烯類產(chǎn)品：醋酸乙烯脂、乙烯-丁二烯樹脂：可用到50苯乙烯-西二烯樹脂：可用到176乳膠是固相聚合物顆粒的水分散體，靠表面活性劑保護(hù)膠體。表面活性劑如Stabilizer434B可用到160；Stabilizer434C可用到193（2）水泥溶性聚合物：控制失水，降低濾餅的滲透率纖維素衍生物，如羥乙基纖維素非離子人工合成聚合物陰離子人工合成聚合物陽離子聚合物7、 堵漏劑：控制水泥漿漏失。 （1）堵漏材料。如硬瀝青和顆粒煤；塞璐玢片（2）觸變性水泥。產(chǎn)生高膠凝強度常用的是膨潤土。其含量可分別在5%-2%（BWOC）8、 消泡劑：消除水泥漿氣泡。磷酸三丁脂、聚乙二醇乙醚、硅油9、 穩(wěn)定劑：高溫穩(wěn)定劑（如石英粉），漿體穩(wěn)定劑，乳膠穩(wěn)定劑10、 膨脹劑：克服水泥漿失重，克服水泥石體積收縮，克服油氣水竄糟，增加水泥環(huán)與套管以及水泥環(huán)與井壁的界面膠結(jié)強度。11、 增韌劑：減低水泥石的脆性，增加水泥石的韌性，以適應(yīng)注采作業(yè)的要求。第七章 固井設(shè)計一、 鉆井資料1、 井身結(jié)構(gòu)2、 下套管前鉆井液性能3、 鉆井復(fù)雜情況描述二、 地質(zhì)資料1、 油、氣、水、鹽層及油頂、油底位置2、 地質(zhì)分層3、 地層壓力及破裂壓力三、 測井資料1、 井徑數(shù)據(jù)2、 井斜數(shù)據(jù)3、 井溫數(shù)據(jù)四、 本次固井目的和方法 五、 固井施工難點與措施1、 施工難點2、 對應(yīng)措施六、 套管柱設(shè)計1、 套管柱設(shè)計條件2、 套管柱設(shè)計及強度校核結(jié)果3、 入井管串結(jié)構(gòu)及扶正器位置設(shè)計七、 水泥漿設(shè)計1、 水泥漿體系和性能設(shè)計2、 沖洗液和隔離液設(shè)計3、 水泥漿流變性能設(shè)計八、 相關(guān)施工參數(shù)計算1、 水泥漿量與水泥量計算2、 管柱內(nèi)頂替量預(yù)算3、 最高施工壓力預(yù)測4、 失重壓力計算5、 施工時間計算6、 送放鉆具回縮距計算九、 施工方案實施要求1、 施工準(zhǔn)備2、 施工程序3、 施工設(shè)備配置十、 需要井隊配合工作內(nèi)容 從廣義上講，一個好的鉆井設(shè)計應(yīng)該同時是一個固井設(shè)計，固井工作只發(fā)生在鉆井工作的末尾，但對固井的準(zhǔn)備工作從開鉆之日起就已經(jīng)開始了。鉆井過程如果忽略了對固井的考慮，結(jié)果將是很糟糕的。美國一位鉆井工程師說得好，鉆井工程師是為固井工程師服務(wù)的，這話拿到我們國家，感覺有些不可思議，其實這句話的含義非常深刻，一語道破了固井工作的全部內(nèi)涵。 具體到一個井隊，大題應(yīng)做好以下幾項工作：1、控制好井身質(zhì)量，控制井徑擴大率不大與5%，避免大肚子、糖葫蘆井眼。2、 鉆井過程或完鉆以后發(fā)生漏失的井要認(rèn)真堵漏并進(jìn)行安全破試。3、 下好套管。4、 清洗井眼、調(diào)整泥漿、完成鉆井液向固井液的轉(zhuǎn)換。這個問題說起來容易做起來難，這也是一直困繞中國固井界的一個問題，是一個擺在固井工作面前的十分突出的矛盾。首先是供需錯位，作為甲（井隊只能算代理甲方）、乙（固井隊）方，甲方應(yīng)該無條件地積極主動地完成對井眼的一切準(zhǔn)備工作，然后請乙方進(jìn)行注水泥作業(yè)，乙方只負(fù)責(zé)把注替水泥漿工作做好就可以了。現(xiàn)在把問題顛倒過來了，乙方向甲方提要求，矛盾的焦點往往落到質(zhì)量控制范圍以外，給固井質(zhì)量設(shè)下了不可逾越的屏障。5、 備足清水6、 壓穩(wěn)油氣層，做到靜態(tài)壓穩(wěn)，而不是動態(tài)壓穩(wěn)。十一、固井工具、附件、材料（圖略）第八章 特殊井固井一、 內(nèi)管注水泥方法（圖略）二、 尾管固井（圖）中間套管或稱技術(shù)套管尾管懸掛工具尾管三、 分級注水泥（圖略）四、 定向井固井定向井存在問題：1、 底邊沉沙不易清除2、 高邊水泥漿析水聚積形成水槽3、 套管自重靠向下井壁，頂替困難水泥漿自由水聚積底部沉沙五、 可溶性地層注水泥 水泥漿的濾液及自由水可能溶觸地層的鹽巖，從而影響水泥漿與地層的膠結(jié)，采取飽和鹽水水泥漿或欠飽和鹽水水泥漿即可有效地抑制鹽巖層的溶觸。六、 高壓氣壓固井1、 水泥漿在凝固過程中存在“失重”階段，即水泥漿封固井段失去液柱壓力，但還沒有足夠的膠結(jié)強度時，氣體可以乘虛而入，壓差在3.5kpa的條件下氣體即可侵入。2、 水泥漿失重的幾種要素 水泥漿脫水水泥漿膠凝水化發(fā)展水泥顆粒沉降及游離水上升水泥漿體積收縮效應(yīng)3、 解決方法平衡壓力固井技術(shù)，即鉆井液、沖洗液或隔離液及失重狀態(tài)下的水泥漿靜液柱壓力之和要大于地層孔隙壓力。加入水泥添加劑借助機械方法l 加裸眼封隔器l 井口環(huán)空加回壓4、 使用氣密封套管七、 高溫固井工藝 井溫110時，易使水泥石強度衰退，因此必須在水泥漿內(nèi)摻混30-40%細(xì)硅粉。第九章 固井質(zhì)量檢查一、利用聲波測評固井質(zhì)量 1、評價固井質(zhì)量的聲測井目前有: 水泥膠結(jié)測井(CBL) 聲波變密度測井(VDL) 水泥評價測井(CET,SBT)，從最早的CBL到目前先進(jìn)的USI,記錄了評價固井質(zhì)量的聲測井方法和儀器的發(fā)展歷程 2、傳統(tǒng)的水泥膠結(jié)評價采用聲幅法(CBL)和聲波變密度法(VDL)。CBL只能對第I界面情況進(jìn)行檢測，VDL能對第I,II界面進(jìn)行檢測，但它的準(zhǔn)確解釋也存在很大困難。另外CBL和VDL只是圓周向的平均測量效果，難以區(qū)分井周不同方向的條形欠膠結(jié)處。進(jìn)入80年代后，國外推出了基于超聲脈沖反射法原理的水泥膠結(jié)評價測井儀器，例如CET,SBT,CBIL等，這些儀器可準(zhǔn)確判斷第I界面是否膠結(jié)好，測量情況能說明圓周向的膠結(jié)情況，結(jié)合VDL可進(jìn)行第II界面評價，但這些儀器本身尚不能準(zhǔn)確地判斷第II界面膠結(jié)的好壞。已有模擬實驗證明這些儀器不能單獨用于評價第II界面的膠結(jié)狀態(tài)，即僅依靠超聲脈沖反射法難以評價第II界面的膠結(jié)狀態(tài)（石油大學(xué)喬文孝等）3、CBL測井測得聲幅曲線(首波滑行縱波的幅度） 聲幅固井評價。由于首波幅度對套管與水泥膠結(jié)情況反應(yīng)比較明顯，因此只能評價第一界面(套管與水泥界面)的膠結(jié)程度(對第二界面無能為力)。 國內(nèi)對利用CBL資料判斷固井質(zhì)量采用相對幅度A和歸一化值CBL3兩個概念(評價指標(biāo))：A=目的井段曲線幅度/自由套管曲線幅度*100%。 A 20% 膠結(jié)好 20% A 40% 膠結(jié)差4、各地區(qū)的固井質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)差別較大。例如固井質(zhì)量差的相對幅度(A)，江漢油田定為大于40%，四川地區(qū)定為大于70%。利用CBL曲線確定固井質(zhì)量時，還應(yīng)參考井徑曲線和自然伽馬曲線或自然電位曲線(用于確定h)，此外務(wù)必了解固井施工情況。5、CBL測井曲線值的影響因素 1)測井時間(Tlog)：要求在注水泥后2040小時進(jìn)行測量最好。測量過早將出現(xiàn)高聲幅值、測量過遲將出現(xiàn)低聲幅值； 2)水泥環(huán)厚度(hcement) h2cm，對套管波衰減為定值； h2cm，水泥環(huán)越薄(h越小)對套管波的衰減越小，測得的聲幅值越高，有時容易把膠結(jié)好的井段判斷為膠結(jié)差！解釋時應(yīng)參考井徑曲線，對泥餅相對較厚(h越小)的井段要注意！此外，水泥環(huán)較薄時，硬地層的地層波(信號較強)將掩蓋套管波，造成誤解釋。 3)氣侵泥漿: 使聲波的衰減很大，聲幅測值降低； 4)套管厚度 hcase：6-18mm, 套管越薄，對聲波衰減越大，聲幅